進(jìn)水閘工程大體積混凝土澆筑技術(shù)及防裂措施

周海超

（中鐵二十二局集團(tuán)第一工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

0 引言

水閘是水利工程項目的重要構(gòu)成，承擔(dān)控制水流、擋水泄水的作用。在進(jìn)水閘大體積混凝土施工中，澆筑技術(shù)以及防裂措施是兩個要點，國外在混凝土裂縫方面的研究始于20 世紀(jì)30 年代。國內(nèi)這一主題的研究從20 世紀(jì)50 年代開始。朱伯芳[1]從事溫度，應(yīng)力變化規(guī)律及計算方法從理論方面對混凝土裂縫進(jìn)行研究。王鐵夢[2]則從工程實踐方面入手對結(jié)構(gòu)物由于變性作用引起的裂縫作了系統(tǒng)的論述。我國在西方國家研究成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行了再度研究，在溫度場和溫度應(yīng)力變化規(guī)律研究等方面達(dá)到了國際先進(jìn)水平[3-5]。本文在前人研究的成果上，結(jié)合查干湖濕地植被修復(fù)建設(shè)項目中的“進(jìn)水閘工程”研究了大體積混凝土澆筑技術(shù)及防裂措施。

1 項目概況

查干湖馬營泡進(jìn)水閘工程主要建筑物輸水渠道設(shè)計流量為13.05m3/s，進(jìn)水閘為9 孔，包括上游引渠段，上游護(hù)砌段、進(jìn)口段、閘室段、消力池段、海漫段和進(jìn)場道路。綜合考慮工程供水對象的重要性，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017），確定工程等別為Ⅳ，工程規(guī)模為小（1）型。水閘等級為4 級，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇，抗震設(shè)防烈度Ⅶ度，合理使用年限為30 年。

2 大體積混凝土澆筑施工與技術(shù)分析

2.1 馬營泡進(jìn)水閘項目大體積混凝土部位

本項目大體積混凝土的主要部位分為三處，分別為閘底板、閘墩和消力池。閘底板共分三跨，每跨三孔，中跨寬21.48m，邊跨21.49m，閘墩共三種型式，厚度分別為1.0m，1.5m，0.99m。共計混凝土量2 496.5m3。消力池長為18m，池深為1.5m，池寬度62.5m，底板頂高程為127.50m，底板厚為0.7m，底板設(shè)置尾坎和80mm 直徑排水孔，排水孔梅花形布置，底板下設(shè)厚0.1m 素混凝土墊層。共計混凝土量1 835.6m3。項目圖紙如圖1 所示。

圖1 馬營泡進(jìn)水閘縱斷面

2.2 馬營泡進(jìn)水閘項目砼澆筑總體施工方案

在對砼開始施工時，必須確定并控制其施工次序，閘墩砼澆筑：閘墩砼澆注順序為：（1）低孔中墩（2）邊墩（3）高孔中墩。砼由拌和站生產(chǎn)，及時振搗。因存在較大斷面長度，采取分層澆筑施工方式，適當(dāng)搗實各類材料，以增加砼的致密，每層分層厚度不超過25～30cm。

施工過程：在墩頂搭設(shè)分層澆筑平臺，每個閘墩設(shè)下料串筒7 個，澆筑時均勻下料?；炷劣谐跄龝r間，在初凝時間內(nèi)（一般幾個小時）分次澆筑是可行的；但若超過初凝時間，就要區(qū)分不同處理，因此應(yīng)保證分層區(qū)間下料時間間隔不大于砼的初凝時間，以及澆筑前的濕潤基本就能保證施工質(zhì)量。并且需要在澆筑的過程中及時振搗，澆筑至標(biāo)高后木制抹板進(jìn)行搓平、收漿。

2.3 馬營泡進(jìn)水閘項目施工技術(shù)要求

2.3.1 施工準(zhǔn)備要求

施工準(zhǔn)備一方面是技術(shù)準(zhǔn)備，基于對馬營泡進(jìn)水閘所在地土層情況以及水文情況的精準(zhǔn)勘察，反復(fù)斟酌設(shè)計圖、設(shè)計方案，保證設(shè)計的有效性，做好技術(shù)交接，檢查設(shè)計問題。一方面是材料和設(shè)備準(zhǔn)備，選用質(zhì)量過關(guān)的材料和設(shè)備，選用性能強(qiáng)勁的吊機(jī)設(shè)備、挖機(jī)設(shè)備、運輸車輛等，材料到場后必須進(jìn)行詳細(xì)的檢查，合格后方能入庫使用。

2.3.2 混凝土要求

對混凝土材料供應(yīng)商有嚴(yán)格的要求。具體要求如下：（1）粉煤灰、水泥、砂石骨料、外加劑等要滿足要求，配合比嚴(yán)格按照試驗室出具的數(shù)據(jù)摻配，混凝土配料直接影響混凝土的強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)實際需求來定，保證質(zhì)量，水灰比越高，砼強(qiáng)度越低。但是也要考慮流動性，高強(qiáng)度低水灰比的混凝土內(nèi)部有水化反應(yīng)產(chǎn)生的毛細(xì)孔，由于壓力產(chǎn)生自收縮，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。總之，不合適的級配，容易造成離析或裂縫問題；（2）混凝土拌和物應(yīng)有良好的和易性，在運輸和灌注過程中應(yīng)無顯著離析、泌水現(xiàn)象。灌注時應(yīng)保持足夠的流動性；（3）對水泥或混凝土材料，要檢查其商標(biāo)、成分等，并做塌落度實驗，合格方能入庫留待使用；（4）混凝土的高峰澆筑量與運輸能力要滿足工程施工需要，根據(jù)實際情況合理配置混凝土運輸車或攪拌車，施工現(xiàn)場至少有一輛混凝土罐車等待澆筑；（5）清潔要求：混凝土運輸過程中應(yīng)避免揚塵，車輛需保持清潔；（6）攪拌車勻速不停地緩慢轉(zhuǎn)動，防止待料結(jié)塊；運輸過程中，坍落度損失嚴(yán)重，需快速返回攪拌站補(bǔ)充同標(biāo)號砂漿并攪拌均勻；或可適量加入保水劑以避免水分揮發(fā)對塌落度的影響；（7）溫度要求：混凝土運輸至現(xiàn)場澆筑時溫度不高于25℃。

2.3.3 混凝土澆筑要求

本項目閘室采取分層澆筑施工方式，每層分層厚度不超過25～30cm，同時避開水平止水銅片30cm 以上距離。澆筑之前，在豎向插筋上使用“水準(zhǔn)儀”標(biāo)記好水平控制線，間距不宜大于3m，以方便控制澆筑時控制標(biāo)高。冷縫嚴(yán)格進(jìn)行鑿毛處理，如果澆筑材料相同，并且交界面進(jìn)行了鑿毛處理，分層澆筑不會出現(xiàn)問題；反之如果下層澆筑已經(jīng)有了混凝土強(qiáng)度而上層澆筑的時候沒有清理浮灰的話，會產(chǎn)生分層問題。分層澆筑時，分層施工縫使用同標(biāo)號水泥砂漿均勻鋪設(shè)5cm，避免振搗時骨料沉底集中。本項目采用多種布料方式：近距離采用溜槽多點布料；稍遠(yuǎn)處采用移動水平輸送帶布料機(jī)布料；面層和角落采用“天泵”布料和補(bǔ)料。澆筑的同時進(jìn)行振搗，在具體操作的時候，要注意振搗棒垂直插入，快入慢出。此外，需滿足插點均勻的要求，成行或交錯式前進(jìn)。振搗的時間一般為20～30s，振搗時注意檢查，防止出現(xiàn)過振和漏振等問題。

3 大體積混凝土溫控防裂措施

3.1 大體積混凝土溫控防裂思路

大體積混凝土的溫控標(biāo)準(zhǔn)制定與相關(guān)措施較為復(fù)雜。以查干湖馬營泡進(jìn)水閘項目來說，施工單位需要充分考慮項目的質(zhì)地水文情況、氣候環(huán)境情況、混凝土的具體結(jié)構(gòu)、施工組織方案情況等多個方面。同時還要參考“類似工程”的溫控計算成果，最終制定本項目的溫控防裂思路。（1）注重混凝土在不同結(jié)構(gòu)以及不同溫度條件下所表現(xiàn)出來的差異性，因此溫控措施選擇及溫控指標(biāo)的設(shè)置上也要滿足差異化原則；（2）閘墩處需采用冷水降溫的措施進(jìn)行處理，同時要對澆筑溫度進(jìn)行科學(xué)控制，尤其是閘墩下方可以在1/3 處安裝“冷卻管”；（3）底板處需要采用澆筑溫控和表面溫控的手段進(jìn)行保溫。

3.2 大體積混凝土溫控指標(biāo)

施工單位按照《水工混凝土施工規(guī)范》（SL677-2014）《水閘施工規(guī)范》（SL27-2014）及《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》（GB50666-2011）中的相關(guān)要求。對其他溫控指標(biāo)加以關(guān)注，包括出機(jī)口溫度、混凝土溫度、冷卻水溫差、冷卻降溫速率、結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差、峰值溫度、澆筑溫度等?？紤]本項目所在地查干湖地區(qū)的氣候條件，馬營泡進(jìn)水閘項目設(shè)計穩(wěn)定溫度在18℃。建議溫控指標(biāo)如表1 所示。

表1 進(jìn)水閘建議溫控指標(biāo)表

3.3 溫控防裂相關(guān)辦法

在開展溫控防裂工作時，需要注意明確堆料高度，若其在8m 以下，需注意，如果是底板澆筑，溫度需在18℃以下。當(dāng)進(jìn)入施工階段時，要根據(jù)溫度的不同來調(diào)整工作，高溫時段，做好備倉工作；低溫時段，開倉。溫度的變化是必然的，為保證工程進(jìn)度，需根據(jù)實際情況靈活調(diào)整施工，這樣才能滿足工程進(jìn)度要求。一般來說，夜晚環(huán)境溫度低，可重點開展混凝土澆筑[6]。因為在這種環(huán)境下，骨料的溫度也得以降低，開展?jié)仓ぷ鲿r，就可以節(jié)省一部分溫控成本，同時，工作的質(zhì)量能得到保證。在現(xiàn)場管理工作中，也要做好對每一個環(huán)節(jié)工作質(zhì)量的把控，做好溫控防裂。施工現(xiàn)場涉及多種材料，施工也有多個環(huán)節(jié)，協(xié)調(diào)好不同的環(huán)節(jié)，能助力這一工作的落實。例如混凝土的拌和與運輸，這就是會直接影響澆筑效果的因素。在具體施工時，需盡量縮短運輸以及卸料的時間。當(dāng)混凝土材料成功入倉后，要盡快振搗。在具體澆筑時，需加快振搗速度，避免堆料和壓料這些情況。通過這些舉措能縮短澆筑時間，同時，提升材料的強(qiáng)度，這自然就會減少裂縫。

3.4 混凝土表面保溫措施及辦法

3.4.1 底板保溫

在這一環(huán)節(jié)工作結(jié)束后，需要預(yù)防的是結(jié)構(gòu)性失水收縮問題，這可以在結(jié)束施工后及時采用冷卻水管在其表面灑水。完成灑水操作后，在結(jié)構(gòu)的表面覆蓋2cm 厚度的橡塑海綿。按照這樣的操作步驟，持續(xù)30d 以上[7]。時間滿足要求后，要先通過監(jiān)理許可，才能拆除這些保溫材料。在拆除的時候，需先拆土工膜，再拆草袋，最后揭開底層塑料膜。

3.4.2 閘墻拆模保溫

拆模需要滿足一定條件。在具體拆模時，閘墻外表可能會出現(xiàn)“冷擊”現(xiàn)象[8]，即在拆模時要避免模具內(nèi)混凝土維度和模具外空氣溫度相差較大，因為內(nèi)外溫差的問題而會出現(xiàn)水熱化混凝土裂縫。這是需要加大重視力度的。如果在實際開展工作時，遇到了一些不良?xì)夂颍托柙黾右粋€環(huán)節(jié)，即：做好混凝土保溫各項工作，并有效落實灑水養(yǎng)護(hù)。在閘墻這一部位中，側(cè)面需選擇木質(zhì)模板施工，按要求設(shè)置好保溫材料等之后，拆模時間要控制在15d。遇到要提前拆除的情況，就要用橡塑海綿包裹結(jié)構(gòu)表面。

3.4.3 立面拆模保溫

當(dāng)拆模工作結(jié)束后，需選擇保溫材料，開展保溫工作。為了讓保溫效果更好，嚴(yán)密覆蓋塑料薄膜并加蓋保溫毯并壓緊接縫處。以達(dá)到混凝土中心溫度與表面溫度差不超過25℃，表面溫度與環(huán)境溫度不超過20℃。另外，可刷特定養(yǎng)護(hù)劑來進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，防止水分散失。

3.5 通水冷卻措施

在具體施工時，常常采用在大體積混凝土預(yù)埋金屬管以水循環(huán)降溫的方式降低溫差，對冷卻水管需先對其進(jìn)行分組，再記錄下一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如水管的間距、材質(zhì)。隨后需開展流量測量工作，采用多種方式，如超聲波流量計、預(yù)定流量計，測量完畢后，取結(jié)果的平均值。完后才能這些登記之后，開展具體監(jiān)測工作。要定時監(jiān)測水管的壓力以及通水開始和結(jié)束時間等數(shù)據(jù)，以上數(shù)據(jù)都需定期向監(jiān)理部門以及防裂小組報告。當(dāng)冷卻操作完成之后，要開展一定的保護(hù)措施。一般情況下，要采用可拆除的堵頭封堵。需明確，通水冷卻工作的開展，是為了降低澆筑初期的溫度，這樣可以減少內(nèi)外溫差，因此需將其落實到位。在開倉澆筑混凝土之前，要圍繞冷卻水管做全面的檢查，主要檢查其是否存在滲漏或者堵塞問題，若發(fā)現(xiàn)此類問題，先解決，在正式澆筑之前，還需復(fù)查一次。確認(rèn)無誤之后，讓通水冷卻以及下料工作同步進(jìn)行。在澆筑的時候，需注意不要破壞水管；冷卻完畢，保管好冷卻管。具體操作時，冷卻管進(jìn)水口溫度要結(jié)合實際情況來控制，一般在15℃以下，流速控制在3.7m3/h。水流方向不是固定的，每隔24h 要更換一次。按照上述要求，持續(xù)通水3d，觀察并記錄混凝土溫度，如有需要，適當(dāng)調(diào)整。

3.6 混凝土防裂監(jiān)控措施

防裂問題至關(guān)重要，而引起裂縫的因素有很多，其受到日照、應(yīng)力荷載、風(fēng)蝕、腐蝕、溫度變化、潮濕環(huán)境等影響，就可能引發(fā)混凝土裂縫，因此，需做好監(jiān)控，這樣便于第一時間發(fā)現(xiàn)問題并解決。具體監(jiān)控的內(nèi)容有：日照、風(fēng)速和氣溫、混凝土溫度、冷卻水溫度。重點對環(huán)境溫度、監(jiān)測點溫度進(jìn)行監(jiān)測，如表2 所示，需監(jiān)測30d，并且不同時段內(nèi)記錄頻次不同，越往后記錄頻次越高，如30d 后，環(huán)境溫度、監(jiān)測點溫差超過5℃，還需繼續(xù)監(jiān)測。如發(fā)現(xiàn)任何異常問題，需及時上報，分析產(chǎn)生變化原因，及時上報，需要布置一些針對性的混凝土保護(hù)措施。

表2 溫度監(jiān)測記錄頻率表

4 結(jié)論

綜上所述，進(jìn)水閘的大體積混凝土澆筑對于施工單位來說是一個重點，同時也是難點。尤其對查干湖馬營泡進(jìn)水閘項目工程的深入研究后，本人總結(jié)出一系列經(jīng)驗：

（1）施工單位在項目建設(shè)中，一定要加強(qiáng)混凝土供應(yīng)商的管理，保證粉煤灰、水泥、砂石骨料、外加劑等要滿足要求，尤其是配合比要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

（2）嚴(yán)格按照施工規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合當(dāng)?shù)乜陀^條件來制定行之有效、科學(xué)合理的實施方案；

（3）注意混凝土表面溫度，尤其是底板、閘墻、立面等的保溫工作，防止混凝土嚴(yán)重開裂。

（4）注意通水冷卻，以及進(jìn)行混凝土溫度監(jiān)控。

總之，施工單位要通過科學(xué)、合理的項目管理措施，來規(guī)范建設(shè)過程中的各個環(huán)節(jié)，做到科學(xué)監(jiān)督與管控，把控好項目實際狀況，做到動態(tài)靜態(tài)雙管控，積極應(yīng)對大體積混凝土施工時面臨的難題。